埋め込み型センサーは身体機能を測定できます—そして安全に生分解します

医療処置中および処置後に患者の状態を監視するセンサーは、高価で、不快であり、危険でさえあります。現在、国際的な研究者チームが、体内に埋め込むことができる高感度の柔軟なガスセンサーを設計しました。不要になった後は、体に吸収される物質に安全に生分解します。

ある研究で、ペンシルベニア州立大学の研究者は、体内のさまざまな形態の一酸化窒素（NO）および二酸化窒素（NO2）ガスを監視できる柔軟で埋め込み可能なセンサーを設計したと報告しました。これらのタイプのガスを監視することは、人間の健康に有益な、または時には有害な役割を果たす可能性があるため、重要です。

たとえば、人体で自然に生成される一酸化窒素は、血管を弛緩または拡張して血流を促進し、酸素と栄養素が体内を循環できるようにするため、健康に重要な役割を果たします。一方、環境からの二酸化窒素への曝露は、慢性閉塞性肺疾患などの状態の進行に関連しています。一酸化窒素は反応性が高く、酸素にさらされると二酸化窒素に変化する可能性があります。

チームは、埋め込み可能、​​柔軟性、伸縮性だけでなく、生分解性の素材でセンサーの設計にひねりを加えました。現在のデバイスは体外でガスレベルを監視するために使用されていますが、チェン氏は、それらはかさばり、埋め込み型デバイスほど正確ではない可能性があると述べました。ただし、埋め込み型デバイスは取り外す必要があります。これは、別の操作を意味する可能性があります。研究者たちは、削除する必要のないデザインを調査しました。

「心臓外科手術を受けたとしましょう。体外のモニターではガスを検出するのに十分ではないかもしれません」とHuanyu“ Larry”Cheng教授は述べています。 「心臓表面または内臓からのガスレベルを監視する方がはるかに有益かもしれません。このガスセンサーは埋め込み型であり、生分解性でもあります。これは、私たちが取り組んできたもう1つの研究の方向性です。患者が外科手術から完全に回復した場合、患者はもはやデバイスを必要としないため、生分解性デバイスが有用になります。」

研究者によると、すべての成分は水中または体液中で生分解性ですが、ガスレベルに関する情報を取得するのに十分な機能を維持しています。この場合、研究者たちはデバイスの導電体をマグネシウムで作り、機能性材料には一酸化窒素にも非常に敏感なシリコンを使用しました。シリコンはユニークです—それは現代の電子機器の構成要素であり、超安定であると考えられており、生分解性です。環境にもよりますが、1日約1〜2ナノメートルと非常にゆっくりと溶解する可能性があります。身体はデバイスで使用されるすべての材料を安全に吸収できるだけでなく、患者の回復期間中にセンサーが体内で機能できるように十分に遅いペースで溶解します。

センサーは、湿度の高い条件と水溶液でテストされ、体の過酷な条件で安定して動作できることを示しました。チームは、ICDSのRoarスーパ​​ーコンピューターの計算リソースを使用して、材料の形状のわずかな変化または変形によって引き起こされる非常に小さな変化を計算できるコンピューターシミュレーションを作成しました。彼らは、ガス吸収に基づいて変化する可能性のある抵抗に基づいて測定を行いました。

研究者たちは、将来の研究では、健康的な老化やさまざまな病気のアプリケーションのために他の身体機能を監視できる統合システムの設計を検討する可能性があると述べています。